(57)【要約】【課題】  メンテナンスを省略しても、安定して防爆の機能を果たせる防爆型圧力センサ、及び防爆型発信機を提供する。【解決手段】  防爆型発信機Ｇは、軸孔１を外部から内部へ貫かれた防爆ケース２と、軸孔１を通り一端３を防爆ケース２の外部に延出し他端４を防爆ケース２の内部に没入した作動軸５と、軸孔１に設けられ軸孔１と作動軸５の隙間を規定するブッシュ６と、防爆ケース２に対して外部又は内部へ向けて作動軸５を進退自在に支持する直線運動軸受７と、防爆ケース２に収納され作動軸５の他端４に起歪体２４を接続されたロードセル８とを備える。防爆型圧力センサＰは、作動軸５の一端３に接続され圧力に比例して作動軸５を進退させる力を増減する感圧エレメント９の構成を、防爆型発信機Ｇに加えたものである。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸孔を外部から内部へ貫かれた防爆ケースと、前記軸孔を通り一端を前記防爆ケースの外部に延出し他端を前記防爆ケースの内部に没入した作動軸と、前記軸孔に設けられ前記軸孔と前記作動軸の隙間を規定するブッシュと、前記防爆ケースに対して外部又は内部へ向けて前記作動軸を進退自在に支持する直線運動軸受と、前記作動軸の一端に接続され圧力に比例して前記作動軸を進退させる力を増減する感圧エレメントと、前記防爆ケースに収納され前記作動軸の他端を起歪体に接続されたロードセルとを備えることを特徴とする防爆型圧力センサ。
【請求項２】
前記作動軸が進退する方向に、２個の前記直線運動軸受が互いに隔てて配置され、前記ブッシュが、前記２個の直線運動軸受の間で前記隙間を規定する縮径部を備えることを特徴とする請求項１に記載の防爆型圧力センサ。
【請求項３】
前記感圧エレメントが、圧力に基づいて袋端を旋回させようとする回転力を発生するブルドン管と、該ブルドン管の袋端を前記作動軸の一端に接続する連結部材とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の防爆型圧力センサ。
【請求項４】
軸孔を外部から内部へ貫かれた防爆ケースと、前記軸孔を通り一端を前記防爆ケースの外部に延出し他端を前記防爆ケースの内部に没入した作動軸と、前記軸孔に設けられ前記軸孔と前記作動軸の隙間を規定するブッシュと、前記作動軸を前記防爆ケースの外部又は内部へ向けて進退自在に支持する直線運動軸受と、前記防爆ケースに収納され前記作動軸の動作を検出して電気信号を発信する検出手段とを備えることを特徴とする防爆型発信機。
【請求項５】
前記検出手段が、前記作動軸の他端を起歪体に接続されたロードセルであることを特徴とする請求項４に記載の防爆型発信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体又は液体の圧力を電気信号に変換する防爆型圧力センサ、及び機械的負荷又は変位を電気信号に変換する防爆型発信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力センサは化学工業のプラント制御に不可欠である。例えば、気体又は液体のような制御対象の圧力を検知し、これを電気信号として、制御対象を帰還制御するコンピュータ等に送信し、或いは、配管又はタンク内の圧力の異常を検知して警報を鳴らすための圧力センサが周知である。下記の特許文献１に開示されている耐圧防爆形圧力センサは、可燃性ガスを貯蔵する場所に設置することを考慮し、圧力センサの全体を防爆ケースで密封したものである。
【特許文献１】特開平８−４３２３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のプラントのような厳しい使用環境では、圧力センサの堅牢さと信頼性が高く要求されるので、専ら機械式圧力センサが適用されている。しかしながら、ロードセルを備えた機械式圧力センサは、ロードセルの起歪部と、ブルドン管等のような外部の感圧エレメントとを接続する作動軸が防爆ケースを内外に貫くので、作動軸が僅かながら作動する度に、作動軸と防爆ケースとが滑り接触を繰り返す。
【０００４】
このため、作動軸又は防爆ケースが磨耗して両者の隙間が大きくなり、防爆ケースがその機能を果たさなくなる。このような事態を未然に防ぐには、作動軸又は防爆ケースの磨耗の度合いを見計らって、これらを新しいものに交換すれば良いが、圧力センサを分解する等の雑作を伴うことになる。また、４フッ化エチレン等の合成樹脂で作動軸をコーティングすれば、両者の磨耗はある程度抑えられるが、決定的な解決には至らない。
【０００５】
そこで、本発明は、上記の実情に鑑みて成されたものであり、メンテナンスを省略しても、安定して防爆の機能を果たせる防爆型圧力センサ、及び防爆型発信機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る防爆型圧力センサは、軸孔を外部から内部へ貫かれた防爆ケースと、前記軸孔を通り一端を前記防爆ケースの外部に延出し他端を前記防爆ケースの内部に没入した作動軸と、前記軸孔に設けられ前記軸孔と前記作動軸の隙間を規定するブッシュと、前記防爆ケースに対して外部又は内部へ向けて前記作動軸を進退自在に支持する直線運動軸受と、前記作動軸の一端に接続され圧力に比例して前記作動軸を進退させる力を増減する感圧エレメントと、前記防爆ケースに収納され前記作動軸の他端を起歪体に接続されたロードセルとを備えることを特徴とする。
【０００７】
更に、本発明に係る防爆型圧力センサは、前記作動軸が進退する方向に、２個の前記直線運動軸受が互いに隔てて配置され、前記ブッシュが、前記２個の直線運動軸受の間で前記隙間を規定する縮径部を備えることを特徴とする請求項１に記載の防爆型圧力センサ。  更に、本発明に係る防爆型圧力センサは、前記感圧エレメントが、圧力に基づいて袋端を旋回させようとする回転力を発生するブルドン管と、該ブルドン管の袋端を前記作動軸の一端に接続する連結部材とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る防爆型発信機は、軸孔を外部から内部へ貫かれた防爆ケースと、前記軸孔を通り一端を前記防爆ケースの外部に延出し他端を前記防爆ケースの内部に没入した作動軸と、前記軸孔に設けられ前記軸孔と前記作動軸の隙間を規定するブッシュと、前記作動軸を前記防爆ケースの外部又は内部へ向けて進退自在に支持する直線運動軸受と、前記防爆ケースに収納され前記作動軸の動作を検出して電気信号を発信する検出手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
更に、本発明に係る防爆型発信機は、前記検出手段が、前記作動軸の他端を起歪体に接続されたロードセルであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る防爆型圧力センサによれば、作動軸の一端に接続された感圧エレメントが、気体又は液体の圧力を受け、これに比例して作動軸を進退させる力が増減すると、作動軸の他端を起歪体に接続されたロードセルが、作動軸を進退させる力に比例して電気抵抗を変化させる。これにより、当該防爆型圧力センサは、気体又は液体の圧力の大きさ又は変化量を、電気信号として出力することができる。
【００１１】
また、当該防爆型圧力センサは、防爆ケースをその外部から内部へ貫いた軸孔に、一端を防爆ケースの外部に延出し他端を防爆ケースの内部に没入した作動軸を通し、この作動軸の周りにできる隙間を、軸孔に設けたブッシュにより規定できるので、軸孔と作動軸の隙間を所望の寸法に設定することができる。例えば、防爆ケースに収納されたロードセルから電流に起因する火花が発生しても、この火花が防爆ケースの外部へ波及するのを阻止できる程度の狭さ、或いは防爆ケースの外部へ火炎が伝播するのを阻止できる程度の狭さとなるように、軸孔と作動軸の隙間を設定しておけば、当該防爆型圧力センサは防爆の機能を確実に達成することができる。
【００１２】
しかも、作動軸を直線運動軸受によって支持するので、作動軸が防爆ケースに対してその外部又は内部へ向けて進退を繰り返しても、作動軸とブッシュとが直接に滑り接触することがない。特に、作動軸が進退する方向（以下で「軸方向」と記す。）に互いに隔たる２個の直線運動軸受の間を縮径部とした場合、作動軸が強い曲げ力又は圧縮力を受けても、作動軸の撓みを極力抑えられるので、作動軸がブッシュに触れるのを防止することができる。このため、作動軸とブッシュの両者の磨耗が起こらないので、両者の隙間を上記のような寸法に維持し、防爆の機能を常に確実に奏することができる。
【００１３】
従って、当該防爆型圧力センサによれば、作動軸とブッシュの交換のために当該防爆型圧力センサを分解する等の雑作を省略でき、当該防爆型圧力センサのメンテナンスを大幅に削減することができる。
【００１４】
更に、本発明に係る防爆型圧力センサの感圧エレメントとして、ブルドン管の袋端に連結部材を介して作動軸の一端を接続する構成を適用した場合、ブルドン管は、その管内に導入された気体又は液体の圧力が上昇すると、予め湾曲された方向に逆らい直線状に変形しようとする。この過程で、ブルドン管は袋端を旋回させようとする回転力を発生する。この回転力は、気体又は液体の圧力に基づき、言い換えると圧力の大きさに比例して増減する。
【００１５】
そして、ブルドン管の袋端が旋回すると、弾性体と共に連結部材は略円弧状に移動して、作動軸が軸方向へ変位する。ここで「移動」「変位」とは、実際に目視できる程大きなものではなく、ロードセルの起歪体が弾性変形する範囲を意味する。一方、作動軸は、軸方向へ直線運動軸受によって案内され、しかも、軸方向に直交する方向へは移動できないように、直線運動軸受によって機械的に規制される。このため、弾性体と共に連結部材が略円弧状に移動しても、作動軸は、振れることがなくロードセルの起歪体に対して真っ直ぐに進退する。
【００１６】
従って、当該防爆型圧力センサによれば、感圧エレメントと作動軸との接続状態に影響されることなく、上記の気体又は液体の圧力の大きさ又は変化量を、正確に且つ安定して検出することができる。
【００１７】
次に、本発明に係る防爆型発信機によれば、既述の防爆ケース、作動軸、ブッシュ、及び直線運動軸受を備えるので、軸孔と作動軸の隙間を所望の寸法に設定し、防爆の機能を確実に達成することができる。しかも、作動軸とブッシュの両者の磨耗が起こらないので、防爆の機能を常に確実に奏することができる。従って、作動軸とブッシュの交換のために当該防爆型発信機を分解する等の雑作を省略でき、当該防爆型発信機のメンテナンスを大幅に削減することができる。
【００１８】
また、当該防爆型発信機の作動軸の一端には、既述の感圧エレメントの他、温度、距離、又は荷重等の物理量、又はその変化量に従って作動軸を進退させるものであれば、何でも接続することができる。例えば、作動軸を進退させる力、又は作動軸が進退する距離が増減すると、これにより作動軸の他端が動作したことを、検出手段が検出して電気信号を発信する。検出手段としては、既述のロードセルの他、例えばマイクロスイッチ、近接センサ、又は光電センサ等を適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施形態に係る防爆型圧力センサ、及びその要部を構成する防爆型発信機を図面に基づき説明する。また、直線運動軸受、ロードセル、又はブルドン管のような当該分野で自明の構成要素、又は電気回路については、その詳しい図示及び説明を省略する。
【実施例１】
【００２０】
図１及び図２に示すように、防爆型発信機Ｇは、軸孔１を外部から内部へ貫かれた防爆ケース２と、軸孔１を通り一端３を防爆ケース２の外部に延出し他端４を防爆ケース２の内部に没入した作動軸５と、軸孔１に嵌め込まれた状態で防爆ケース２に固定されたブッシュ６と、防爆ケース２に対して外部又は内部へ向けて作動軸５を進退自在に支持する直線運動軸受７と、防爆ケース２に収納され作動軸５の他端４に接続されたロードセル８とを備える。
【００２１】
図３に示すように、防爆型圧力センサＰは、防爆型発信機Ｇに、作動軸５の一端３に接続され圧力に比例して作動軸５を進退させる力を増減する感圧エレメント９の構成を加えたものである。感圧エレメント９は、ブルドン管１０と、ブルドン管１０の袋端１１に連結した弾性体１２と、弾性体１２と作動軸５の一端３をビス１３を介して接続する連結部材１４とを備える。
【００２２】
防爆ケース２は、その内部と外部に爆発等による圧力差が生じても容易に破損することのない程度の強度を有する軽金属又は合成樹脂から成る筐体である。防爆ケース２の内部には、軸孔１を経て外部に通じる空間が確保されている。防爆ケース２の外部には、作動軸５を挿通させる挿通孔２１を形成したキャップ２２が、ボルト２３にて軸孔１を塞ぐように取付けられている。キャップ２２は、ブッシュ６が軸孔１から防爆ケース２の外部へ抜けるのを防止する。
【００２３】
ブッシュ６は、その両端付近に直線運動軸受７を１個ずつ嵌込み、このように互いに軸方向に隔たる２個の直線運動軸受７の間を縮径部１７としている。縮径部１７は、軸孔１と作動軸５の隙間を規定する部位であり、軸方向に約１０〜１５ｍｍの長さを有する。縮径部１７の内径に対して作動軸５の外径は、約０．０５〜０．１５ｍｍの範囲で僅かに小さく設定される。直線運動軸受７は、転動体として玉やころを用いて、作動軸５を軸方向に沿って平滑に移動させられるものを適用すれば良い。
【００２４】
ロードセル８は、その本体がベースブロック１８に接合され、ベースブロック１８はボルト１９にて防爆ケース２の内面に固定されている。ロードセル８の原理は、図４に示すように、作動軸５の他端４が接続された起歪体２４を、パッケージ２５に収納すると共に、起歪体２４に、ホイートストンブリッジ回路の素子を成す１又は複数個の歪ゲージ２６を固定したものである。
【００２５】
ロードセル８によれば、後述する感圧エレメント９の作用に基づき、作動軸５を軸方向に進退させる力が起歪体２４に加わると、その力の強さに比例して歪ゲージ２６の抵抗値が変化し、ホイートストンブリッジ回路が不平衡状態となって電流が発生する。この電流は、増幅器を用いて４〜２０ｍＡ，１〜５Ｖの範囲で変化する電気信号（直流電流）として、防爆型発信機Ｇから出力される。
【００２６】
また、上記のように軸孔１を通る作動軸５の周りにできる隙間を、ブッシュ６の縮径部１７によって極めて狭い寸法に規定できるので、防爆ケース２に収納されたロードセル８から電流に起因する火花が発生しても、この火花が防爆ケース２の外部へ波及するのを阻止できる。或いは、防爆ケース２の外部へ火炎が伝播するのを阻止できる。従って、防爆型圧力センサＰは防爆の機能を確実に達成できる。
【００２７】
以上に述べた防爆型圧力センサＰによれば、作動軸５の一端３に接続された感圧エレメント９が、気体又は液体の圧力を受けると、これに比例して作動軸５を進退させる力が増減する。詳しくは、図３に示すように、ブルドン管１０が、その管内にステム１５を経て導入された気体又は液体の圧力が上昇すると、予め湾曲された方向に逆らい直線状に変形しようとする。この過程で、ブルドン管１０は袋端１１を図中で反時計回りに旋回させようとする回転力を発生する。この回転力は、気体又は液体の圧力の大きさに比例して増減する。
【００２８】
そして、ブルドン管１０の袋端１１が僅かに旋回すると、弾性体１２と共に連結部材１４は、作動軸５が敷く方向へ僅かに変位することになる。ここで「移動」「変位」とは０．１〜０．５ｍｍの範囲で成される。これによりロードセル８が上記の通り電気信号を出力する。
【００２９】
また、作動軸５は、軸方向へ直線運動軸受７によって案内され、しかも、軸方向に直交する方向へは移動できないように、直線運動軸受７によって機械的に規制される。このため、ブルドン管１０の袋端１１と共に弾性体１２と連結部材１４とが旋回（略円弧状に移動）しても、作動軸５は、振れることがなくロードセル８の起歪体２４に対して真っ直ぐに進退する。従って、防爆型圧力センサＰによれば、感圧エレメント９と作動軸５との接続状態に影響されることなく、上記の気体又は液体の圧力の大きさ又は変化量を、正確に且つ安定して検出することができる。
【００３０】
また、ブルドン管１０の袋端１１が旋回する過程で、弾性体１２と共に連結部材１４は、軸方向に直交する方向へ変位することにより、作動軸５の軸線上から僅かながら外れることになる。その分、弾性体１２が適度に伸縮することにより、作動軸５の一端３とブルドン管１０の袋端１１との間を補うことができる。
【００３１】
更に、防爆型圧力センサＰによれば、作動軸５を上記の通り直線運動軸受７によって支持するので、作動軸５が軸方向に進退を繰り返しても、作動軸５とブッシュ６とが直接に滑り接触することがない。特に、互いに軸方向に隔たる２個の直線運動軸受７の間を縮径部１７としているので、作動軸５が強い曲げ力又は圧縮力を受けても、作動軸５の撓みを極力抑え、作動軸５が縮径部１７に触れるのを防止することができる。
【００３２】
このため、作動軸５とブッシュ６の両者の磨耗が起こらないので、両者の隙間を上記のような寸法に維持し、防爆の機能を常に確実に奏することができる。従って、作動軸５とブッシュ６の交換のために防爆型圧力センサＰを分解する等の雑作を省略でき、防爆型圧力センサＰのメンテナンスを大幅に削減することができる。
【００３３】
尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、又は変形を加えた態様で実施できるものである。例えば、図５に示した防爆型圧力センサＰ１は、感圧エレメント９として、一面９１に圧力を受け、又は両面９１，９２の圧力差により、作動軸５の一端３が接続された中央部９３を軸方向に変位させるダイアフラム９４を適用している。
【００３４】
また、図６に示した防爆型圧力センサＰ２は、作動軸５の一端３に接続した伸縮自在なベローズ９５を、感圧エレメント９の主体としている。この場合、ベローズ９５を内装したチャンバ９６の内部の圧力が上昇し、この圧力によってベローズ９５がコイルスプリング９７の弾性力に抗して短縮しようとする力、或いは、チャンバ９６の内部の圧力が低下し、ベローズ９５が伸長しようとする力により、作動軸５を軸方向に変位させられる。
【００３５】
また、図７に示すように、ブッシュ６が短尺な形状、又は直線運動軸受７が長尺な形状であれば、直線運動軸受７は１個で足りる。また、作動軸５の一端３には、既述の感圧エレメント９の他、温度、移動距離、又は荷重等の物理量、又はその変化量に従って作動軸５を進退させるものであれば、何でも接続することができる。
【００３６】
また、ロードセル８に代えて、マイクロスイッチ、近接センサ、又は光電センサ等の検出手段を適用しても良い。例えば、チャンバ９６の内部の圧力が所定値まで上昇したときに、作動軸５の他端４が変位する位置で、この他端４に接触するマイクロスイッチが電気信号を出力するよう構成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、圧力の検出に限らず、作動軸を進退させる力に変換可能なあらゆる物理量の検出に有益である。また、本発明に係る技術は、水素ステーションのように、特に厳密な防爆構造が要求される条件にも適している。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態に係る防爆型発信機を一部破断した平面図。
【図２】本発明の実施形態に係る防爆型発信機の要部の斜視図。
【図３】本発明の実施形態に係る防爆型圧力センサの概略を示す平面図。
【図４】本発明の実施形態に係る防爆型発信機の要部の原理を示す断面図。
【図５】本発明の実施形態に係る防爆型圧力センサの一の変形例を示す概略図。
【図６】本発明の実施形態に係る防爆型圧力センサの他の変形例を示す概略図。
【図７】本発明の実施形態に係る防爆型発信機の要部の変形例を示す斜視図。
【符号の説明】
【００３９】
１：軸孔
２：防爆ケース
３：一端
４：他端
５：作動軸
６：ブッシュ
７：直線運動軸受
８：ロードセル
９：感圧エレメント
１０：ブルドン管
１１：袋端
１４：弾性体
１５：ビス
１６：連結部材
１７：縮径部
Ｐ：防爆型圧力センサ
Ｇ：防爆型発信機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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